Экскаватором называется землеройная машина, предназначенная для разработки (копания и перемещения) грунта, легких горных пород в массиве или скальных в раздробленном состоянии.

Экскаваторы применяются для выполнения более половины земляных работ при строительстве промышленных и гражданских зданий и сооружений, автомобильных и железных дорог, аэродромов, гидротехнических систем и нефтепроводов, в карьерах при добыче строительных материалов и полезных ископаемых. С их помощью отрывают котлованы, траншеи, каналы, а также разрабатывают выемки и насыпи и отделывают откосы и стенки.

В дорожных войсках экскаваторы являются основной землеройной машиной, применяются самостоятельно и в составе комплектов и комплексов землеройно-транспортных машин для строительства и восстановления земляного полотна, возведения насыпей и сооружения выемок, при выполнении заградительных, карьерных и погрузочно-разгрузочных работ, для инженерного оборудования районов, участвуют в работе отрядов обеспечения движения.

Рабочий процесс экскаваторов состоит из отделения грунта от массива – копания, транспортировки грунта к месту разгрузки, разгрузки и возвращения рабочего органа в положение для нового копания.

Все экскаваторы в зависимости от времени рабочего процесса делят на две большие группы: непрерывного действия – многоковшовые; периодического (циклического) действия – одноковшовые.

Многоковшовые экскаваторы обе операции (копание грунта и его перемещение) выполняют одновременно; одноковшовые – последовательно, прерывая копание на время перемещения грунта. Таким образом, рабочее время машины, в течение которого выбирают грунт, и производительность многоковшовых экскаваторов выше, чем одноковшовых. Применение многоковшовых экскаваторов ограничено особенностью их конструкции. В основном применяются при рытье траншей и добыче нерудных материалов в карьерах с однородными грунтами без каменных включений.

Одноковшовые экскаваторы являются универсальными и имеют более широкую область применения:

применяются для разработки грунтов как выше, так и ниже уровня площадки установки экскаваторов;

используются для земляных, погрузочно-разгрузочных и других видов работ, для чего комплектуются несколькими видами сменного рабочего оборудования;

применяются для разработки грунтов I-II категории без предварительного рыхления забоя, грунтов III-IV категории, в том числе мерзлых и скальных грунтов, с предварительным рыхлением забоя взрывом или с помощью рыхлителей;

используются в стеснённых условиях, при разработке грунта под водой, выгружая его в транспортные средства или в отвал.

Промышленность изготавливает различные типы экскаваторов, которые классифицируются по способу перемещения, по типу применяемого основного двигателя, по приводу механизмов, по типу силовых передач, по типу системы управления, по конструкции ходового устройства, по углу поворота поворотной платформы, по конструкции исполнения рабочего оборудования.

По способу перемещения экскаваторы бывают сухопутными и плавучими. Сухопутные экскаваторы делятся на самоходные и перемещаемые тягачом на буксире или прицепе как без разборки, так и с демонтажем отдельных элементов.

По типу применяемого основного (первичного) двигателя современные экскаваторы выпускаются с дизельными или электрическими двигателями. Дизельные двигатели используются на экскаваторах, которые приходится часто перемещать с места на место (на строительстве автомобильных и железных дорог, строительстве нефтепроводов и т. д.). Электрические двигатели используются на экскаваторах, постоянно работающих в одном месте (например, в карьерах). Они проще и дешевле в эксплуатации.

По приводу механизмов различают экскаваторы одномоторные, у которых все рабочие механизмы запускаются одним или несколькими двигателями, работающими на один вал, и многомоторные, у которых каждый рабочий механизм приводится в действие отдельным (индивидуальным) двигателем.

По типу силовых передач движения от двигателя к рабочим механизмам строительные экскаваторы делятся на механические, гидравлические и электрические.

У механических экскаваторов движение передается непосредственно от первичного двигателя ко всем механизмам с помощью валов, шестерен, червячных пар, цепных и других механических передач (механическая трансмиссия).

У гидравлических экскаваторов роль трансмиссии выполняют гидронасос (один или несколько), трубопроводы и гидродвигатели (гидромоторы или гидроцилиндры).

Электрический тип силовой передачи отличается от гидровлического типа видом силовых механизмов – электрогенератор, силовые электросети, электродвигатель (один или несколько).

По типу системы управления различают экскаваторы с рычажно-механическим, пневматическим, гидравлическим, электрическим и комбинированным (электропневматическим, электрогидравлическим) управлением. Рычажно-механическое управление из-за большого количества недостатков на большинстве машин заменено пневматическим или гидравлическим. Пневматическое управление устанавливают на машинах с одномоторным приводом и механической трансмиссией. Гидравлическое и электрическое управление используют при соответствующих видах привода.

По конструкции ходового устройства сухопутные экскаваторы подразделяются на гусеничные, пневмоколесные, шагающие (последние применяют только в одноковшовых экскаваторах).

Ходовое устройство воспринимает и передает на основание (грунт) нагрузки от массы машины и нагрузки, возникающие при работе, а также обеспечивает передвижение экскаватора.

Ходовое устройство экскаваторов бывает следующих типов: Г – гусеничное с минимально допустимой опорной поверхностью гусениц; ГУ – гусеничное (уширенное) с увеличенной опорной поверхностью гусениц, предназначенное для работы на грунтах с низкой несущей способностью; П – пневмоколесное, позволяющее увеличить мобильность экскаватора, облегчить и ускорить его переброску собственным ходом с одного объекта на другой; СШ – специальное шасси автомобильного типа, отличающееся от типа П тем, что кроме двигателя, установленного на поворотной части экскаватора, на шасси установлен более мощный двигатель, обеспечивающий передвижение экскаватора с большой скоростью; ходовое устройство типа СШ имеет прочную и низкую специальную раму, отличающуюся по конструкции от рамы шасси грузового автомобиля; А – шасси грузового автомобиля; Тр – тракторное (обычно используются пневмоколесные тракторы); Пр – прицепное.

В зависимости от угла поворота поворотной платформы в горизонтальной плоскости экскаваторы называют полноповоротными или неполноповоротными.

Поворотная часть полноповоротного экскаватора может вращаться вокруг вертикальной оси на неограниченный угол. У машин этого типа на поворотной платформе установлены двигатель и основные рабочие механизмы, а также укреплено рабочее оборудование.

Неполноповоротными изготавливают лишь небольшие экскаваторы на базе тракторов. У этих экскаваторов отсутствует поворотная платформа, а рабочее оборудование укреплено с помощью поворотной колонки непосредственно на ходовом устройстве, относительно которого оно вращается на ограниченный угол (180-270 0).

В зависимости от конструктивного исполнения рабочего оборудования одноковшовые экскаваторы бывают с гибкой, жесткой подвеской и телескопической стрелой.

Стрела, а иногда и рабочий орган (например, ковш) у экскаваторов с гибкой подвеской, подвешены на канатах, которыми приводятся в действие. Стрела и остальные элементы рабочего оборудования экскаватора с жесткой подвеской соединены шарнирно друг с другом и приводятся в действие гидроцилиндрами. К экскаваторам с телескопической стрелой относятся экскаваторы, у которых рабочий процесс сопровождается выдвижением и втягиванием стрелы.

Кроме перечисленных признаков классификации экскаваторы отличаются друг от друга конструкцией, назначением, размерами и мощностью. Одноковшовые экскаваторы в зависимости от назначения или рода выполняемой работы подразделяются на строительные, карьерные, вскрышные, специальные.

Строительные экскаваторы с ковшами вместимостью до 4 м 3 предназначаются для выполнения земляных и погрузочно-разгрузочных работ.

Карьерные экскаваторы предназначаются для работы в рудных, угольных и других карьерах.

Вскрышные экскаваторы с прямой лопатой и шагающие драглайны с ковшами вместимостью 25-160 м 3 применяются на открытых горных разработках и крупных строительных объектах (карьерах) для удаления вскрыши в отвал.

Специальные экскаваторы (туннельные, торфяные и т. д.) предназначены для использования в определенных специфических условиях.

Индексация (маркировка) одноковшовых экскаваторов, действующая в нашей стране, отражает основную их характеристику. Индексация экскаваторов основывается на размерной группе машин.

Устойчивость машин и возможность эффективного использования ковшей различных емкостей на соответствующем вылете стрелы, глубине или высоте копания определяет размерную группу экскаваторов.

Емкости ковшей приведены для ориентировки, т.к. они для данного экскаватора могут отличаться в два и более раз, в зависимости от категории разрабатываемого грунта.

Система индексации одноковшовых универсальных экскаваторов предусматривает следующую структуру индекса (рис. 6.1). Индекс экскаватора состоит из буквенных и цифровых групп.

Буквенная группа «ЭО» означает экскаватор одноковшовый. У экскаваторов войскового назначения в левой буквенной части индекса имеется буква В (ЭОВ - экскаватор одноковшовый войсковой).

Цифровая группа означает (по порядку их расположения): размерную группу; тип ходового устройства; исполнение рабочего оборудования; порядковый номер модели.

Буквы (А, Б, …) после цифр обозначают очередную модернизацию данной модели, а также ее специальное климатическое исполнение (ХЛ – северное; Т – тропическое; ТВ – для влажных тропиков).

Например, индексом ЭО-4125ХЛ обозначают экскаватор одноковшовый, полноповоротный, универсальный, IV размерной группы (вместимость основного ковша 0,65 м 3), на гусеничном ходу, с жесткой подвеской рабочего оборудования (гидравлический), 5-й модели, северного исполнения.

Наряду с рассмотренной может встречаться индексация, включающая буквенное обозначение типа неповоротной части и цифровую группу, обозначающую массу экскаватора. Например, индексом ЕК-17 обозначают экскаватор одноковшовый на пневмоколесном ходу массой 17 тонн.

Сдаёте технику в аренду?

Вы здесь: Главная → Библиотека → Публикации

Виды экскаваторов: бесконечное разнообразие

Землеройные работы – одни из самых трудоемких и самых необходимых во все времена. Машины, снабженные специальным рабочим органом для копания – ковшом и предназначенные для выемки и перемещения грунта и/или полезных ископаемых, известны с глубокой древности; их конструировал еще Архимед. Римляне назвали их экскаваторами, от excavao– долбить, делать полость, углубление.

Во времена Великого Леонардо экскаватор не был гениальным прозрением – их использование при фортификации и для расчистки и углубления каналов в Венеции было обычным делом. Тогдашние экскаваторы приводились в действие силой людской или тягловых животных. На Восток идею экскаватора привез Марко Поло, за что заслужил особое благоволение пятого монгольского великого кагана и одновременно первого императора китайской династии Юань Хубилая.

Первый экскаватор с механическим – паровым – двигателем изготовил американский инженер Джеймс Отис (James Otis) в 1843 г. Отис был прямым потомком одного из «отцов нации», тоже Джеймса Отиса, выдвинувшего принцип: «Нет налогов без представительства», под которым и началась война за независимость США.

Экскаватор Отиса был мощностью в 15 л.с., давал производительность в 40-50 куб. м в час (что весьма и весьма неплохо для такой мощности и по современным представлениям) и заменял 50 опытных сильных землекопов. Один из первых экскаваторов сохранился, в довольно-таки поврежденном состоянии, и выставлен в музее.

Первые паровые экскаваторы тут же нашли применение на тогдашних стройках века: Суэцком канале и Николаевской железной дороге в России. Впрочем, казенные подрядчики оказались не в восторге от них: крепостные работники и колодники-арестанты обходились дешевле. Все 4 машины в 1848 г. были проданы на Урал Демидовым, где тут же показали высокую эффективность на вскрышных работах. Именно появление на Урале экскаваторов Отиса дало толчок развитию там тяжелого машиностроения.

Экскаваторы в наши дни

Сейчас экскаватор – самый распространенный, самый продаваемый и самый окупаемый вид спецтехники. Есть экскаваторы, которые четверо взрослых мужчин могут переносить руками, и экскаваторы составляют тройку самых грандиозных сухопутных машин. Кстати, широко распространенное мнение, что самые большие экскаваторы – шагающие, неверно. Все три механических титана: Bagger 288, Bucyrus-Erie 1850-В «Big Brutus» и Marion 6360 «Captain» – гусеничные самоходные машины, причем два последних одноковшовые. «Кэптен» уже на пенсии, но еще жив – выставлен в техническом музее штата Арканзас, а «Баггер» с «Брутом» до сих пор работают. Самый легонький из них тянет на 12 тыс. тонн.

Экскаваторы выполняют самые разнообразные работы в самых различных условиях. Все виды экскаваторов вряд ли известны даже опытному инженеру-механику. Вы слышали о специальных экскаваторах для снятия верхнего плодородного слоя грунта? О подземных экскаваторах? О подводных донных экскаваторах? Все такие есть и работают.

Тем не менее, абсолютно доминирующий вид могучих, послушных и полезных «эксказавров» – универсальные строительные экскаваторы, одноковшовые, с гидроприводом, ломающейся стрелой, на гусеничном или пневмоколесном ходу. Именно они прежде всего ассоциируются со словом «экскаватор».

Универсальные экскаваторы чаще всего снабжаются бульдозерным отвалом и тогда представляют собой экскаватор-бульдозер. Нередко вместо отвала может навешиваться перегрузочный ковш на вилке, движущейся в вертикальной плоскости. Тогда получается экскаватор-погрузчик. Есть и специальные экскаваторы-погрузчики, у которых другого дела нет, как загребать спереди и швырять за спину.

Классификация экскаваторов

Описать все виды экскаваторов и «разложить по полочкам» озадачило бы и самого Линнея. Экскаваторы разделяют на типы по разным критериям, и следует учесть, что каждая конкретная машина присутствует в нескольких из них.

По назначению

• Универсальные – уже описаны.
• Экскаваторы-погрузчики – с опрокидывающимся ковшом-коробом (описаны выше), с ковшом-лопатой цельным и с откидным днищем, с грейфером, с транспортером и бункером-дозатором. Экскаваторы-погрузчики отличаются от прочих тем, что высыпают отмеренную по весу или объему порцию грунта, не превышающую грузоподъемности средств вывоза.
• Карьерные – вскрышные и добывающие.
• Специальные – железнодорожные, болотные, спасательные, экскаваторы-разрушители, подземные, подводные и т.д., и т.п.

По мобильности

• Самоходные – могут самостоятельно перемещаться с объекта на объект.
• Полусамоходные – могут сами перемещаться в пределах рабочей зоны.
• Ограниченно-самоходные – могут перемещаться по специально проложенным путям, напр. по железнодорожным рельсам.
• Полноповоротные.
• Неполноповоротные.

По типу ходовой части

Примечание 1: эрлифт – устройство для подъема мягкого и сыпучего грунта с больших глубин. В трубу возле ее нижнего конца вдувается воздух, пузыри тянут за собой воду, а получающийся подсос втягивает грунт. Чем глубже эрлифт, тем он эффективнее. Для разработки залежей железо-марганцевых конкреций в Тихом океане разработаны эрлифты с рабочей глубиной до 6 км. Трубу, чтобы не порвалась, поддерживают пояса поплавков.

По приводу рабочего органа

• Механические – уже почти в прошлом.
• Гидравлические – самые распространенные.
• Дизель-электрические – тяжелые и особо тяжелые автономные.
• Электрические – сверхтяжелые с питанием от ЛЭП.

По рабочему циклу

• Непрерывного действия – роторные многоковшовые, с дисковой или цилиндрической (фронтальной) фрезой, с зубчатой цепью (траншейные).
• Циклического действия (одноковшовые).

Классификация одноковшовых циклических экскаваторов

Одноковшовые экскаваторы – самые распространенные, самые многочисленные, самые универсальные и самые разнообразные одновременно. Они, так сказать, царство в царстве. Поэтому их классификация – предмет особого разговора.

По номеру размерной группы

• 0 – особо легкая: до 3 т, 10-40 л.с., ковш до 0,1 куб.м.
• 1 – легкая-1: 5-6 т, 30-50 л.с., 0,15-0,4 куб.м.
• 2 – легкая-2: 8-9 т, 40-60 л.с., 0,25-06 куб.м.
• 3 – средняя-1: 10-12 т, 50-80 л.с., 0,3-1,0 куб.м.
• 4 – средняя-2: 19-30 т, 80-130 л.с., 0,65-1,6 куб.м.
• 5 – тяжелая-1: 30-40 т, 100-200 л.с., 1,2-2,5 куб.м.
• 6 – тяжелая-2: 55-60 т, 200-350 л.с. 1,6-4,0 куб.м.
• 7 – особо тяжелая-1: 80-100 т, 300-500 л.с., 2,5-6,3 куб.м.
• 8 – особо тяжелая-2: 100-160 т, 400-800 л.с., 5-10 куб.м.

Экскаваторы тяжелее 8 группы считаются сверхтяжелыми и проектируются по индивидуальным ТУ.

По типу несущей ковш конструкции

• Качающаяся мачта – жесткая ажурная конструкция. Чаше всего к мачте на тросах подвешивают волочащийся ковш. Опрокидывание ковша осуществляется тоже тросами. Такая конструкция называется драглайном. Применяется в карьерных шагающих экскаваторах, вскрышных и добывающих. Но грейфер плавучего экскаватора или экскаватора-погрузчика тоже может быть подвешен на мачте.
• Телескопическая стрела устроена аналогично стреле автокрана. В экскаваторах применяется редко, там, где нужна повышенная жесткость стрелы при однообразном характере работы.
• Шарнирная стрела. Именно ее использовал Отис. Громоздка, тяжела, но прочна и подвижна. Применяется в тяжелых и особо тяжелых машинах.
• Ломающаяся стрела. В сочетании в гидроприводом используемся в большинстве универсальных экскаваторов.

По типу рабочего органа

• Ковш.
• Ковш с откидным днищем.
• Ковш – прямая лопата.
• Ковш – обратная лопата.
• Грейфер.
• Перегрузочный ковш (короб).

Примечание 2: Ковш вгрызается в грунт, ковш-лопата его загребает. Грейфер, состоящий из двух шарнирно соединенных половин, раскрытым опускают на грунт, при подъеме он захватывает грунт и захлопывается. Грейфер применяют на рыхлых и жидких грунтах. Короб загребает уже разрыхленную землю сбоку.

Мини-экскаваторы

Типичный мини-экскаватор – это внекатегорийный одноковшовый экскаватор на гусеничном ходу с ломающейся стрелой и гидроприводом рабочего органа, массой до 1,5-1,7 т, с двигателем 10-20 л.с. и ковшом до 0,15 куб. м. Бульдозерным отвалом они если и оснащаются, то «для лишь бы было»: тягового усилия недостаточно для бульдозерных работ. Зато оснащаются обширным комплектом дополнительного оборудования (см. ниже).

Есть среди мини и совсем малютки, с двигателем до 50 куб.см. Для управления такими не нужны разрешения, права, удостоверения тракториста. Купил – и пользуйся.

Несмотря на трудности транспортировки (ПДД не пускают любые гусеничные машины на дороги общего пользования с твердым покрытием), мини-экскаваторы благодаря своей экономичности, универсальности и способности работать в самых стесненных условиях, приобретают все большую популярность в мелком строительстве.

Что еще может экскаватор

У многих экскаваторов с рабочим гидроприводом можно вместо ковша навешивать гидромолот, гидроперфоратор, ножницы, бур, вилы, зажим/захват, рыхлители, зуб-долото и т.д. Так что одноковшовый экскаватор с ломающейся стрелой – удивительно универсальная машина.

Основной по популярности машиной‚ используемой на строительных площадках для производства земляных работ‚ перегрузки сыпучих и кусковых материалов и выполнения других работ‚ в зависимости от установленного дополнительного оборудования‚ вне всякого сомнения, является экскаватор. Простота, надежность и впечатляющая универсальность позволяют ему играть главенствующую роль практически на любой стройке.

Первые экскаваторы были построены в России еще в начале девяностых годов 19 века, на бывшем Путиловском заводе. До 1917 г. было выпущено около 50 машин, из них около 40 железнодорожных одноковшовых экскаваторов и 10 - многоковшовых. При организации серийного выпуска экскаваторов было признано целесообразным установить ряд стандартов, включающих классификацию и параметры машин. Первый такой стандарт (на одноковшовые экскаваторы) появился в 1933 году и после коренной переработки был утвержден в форме стандарта ГОСТ 518-41.

Экскаваторами называются землеройные машины, предназначенные для копания и перемещения грунта, являющиеся основным типом землеройных погрузочно-разгрузочных машин.

Многоковшовые экскаваторы обе операции - копание грунта и его перемещение - выполняют одновременно; одноковшовые эти операции выполняют последовательно, прерывая копание на время перемещения грунта. Таким образом, рабочее время машины, в течение которого выбирают грунт, и производительность многоковшовых экскаваторов выше, чем одноковшовых. Несмотря на это, одноковшовые экскаваторы распространены шире вследствие их универсальности, т.е. возможности применять их как на земляных, так и на погрузочно-разгрузочных работах в самых тяжелых, в том числе скальных (с предварительным взрыванием), грунтах.

Классификация одноковшовых экскаваторов

Существуют три основные группы:

строительно-универсальные - с ковшами емкостью до 3 м3, предназначенные для производства земляных работ;

карьерные - с ковшами емкостью от 2 до 8 м3, предназначенные для работы в карьерах на разработке рудных и угольных месторождений;

вскрышные - с ковшами емкостью более 6 м3, предназначенные для разработки верхних слоев пород (вскрыши).

Одноковшовые экскаваторы различают по использованию их с различными видами рабочего оборудования.

Универсальные экскаваторы предназначены для работы с различными видами сменного оборудования; прямой и обратной лопатой, драглайном, крановой стрелой с крюковой подвеской или грейфером, копром для забивки свай и т.д.

Полууниверсальные экскаваторы кроме основного рабочего оборудования имеют один или два вида дополнительного сменного оборудования (прямую лопату, обратную лопату, драглайн).

Специальные мощные экскаваторы имеют лишь один вид оборудования, например прямую лопату.

Одноковшовым универсальным экскаватором называется машина цикличного действия, предназначенная для выемки и перемещения грунтов и иных материалов с помощью одного из видов рабочего оборудования с одним ковшом, и для выполнения погрузочных сваебойных и прочих работ другими видами сменного рабочего оборудования.

Рабочий цикл этого распространённого класса экскаваторов складывается из:

операций резания (копания) грунта (с одновременным заполнением ковша),

перемещения заполненного ковша к месту разгрузки,

выгрузки грунта из ковша и возвращения ковша в забой.

Продолжительность рабочего цикла в зависимости от мощности и типа экскаватора и условий работы колеблется от 12 до 80 сек. Производительность одноковшового экскаватора на 1 м3 ёмкости ковша в зависимости от условий работы составляет от 100 до 350 тыс. м3в год, или 80-180 м3/ч. Одноковшовые экскаваторы используются для разработки любых, в том числе самых крепких и неоднородных, грунтов с крупными твёрдыми включениями. Для работы в более мягких грунтах одноковшовые экскаваторы могут снабжаться ковшами увеличенной ёмкости. Скальные породы и мёрзлые грунты перед разработкой одноковшовым экскаватором разрыхляют (обычно взрывом)

По роду ходового оборудования различают гусеничные, колёсные, шагающие, на ж. - д. ходу, плавучие, колёсно-гусеничные одноковшовые экскаваторы.

По типу привода - с одним двигателем и со смешанным и индивидуальными приводами всех рабочих механизмов.

По роду силовой установки - с приводом от двигателя внутреннего сгорания (дизельные, редко карбюраторные и газогенераторные), электрические, гидравлические, пневматические и комбинированные.

По виду управления - с ручным, гидравлическим, пневматическим, электрическим и смешанным.

По виду рабочего оборудования экскаваторы подразделяются на одноковшовые с жёсткой шарнирно-скользящей связью ковша со стрелой (прямая лопата), с жёсткой шарнирной связью ковша со стрелой (обратная лопата), с гибкой связью ковша со стрелой (драглайн, грейфер и др.).

Наиболее распространено оборудование прямой лопаты; им оснащаются экскаваторы любой мощности с ковшами ёмкостью до 153 м3. Экскаваторы с оборудованием прямой лопаты и с разгрузкой в транспортные средства или отвал целесообразно применять при разработке месторождений полезных ископаемых и для рытья котлованов, преимущественно в крепких, каменистых и скальных породах и грунтах, а также в устойчивых грунтах ср. крепости. Оборудование обратной лопаты используется для рытья узких траншей (шириной 0,7 - 1,5 м и глубиной до 8 м), особенно с вертикальными стенками для прокладки сетей канализации, нефтепроводов, устройства фундаментов в крепких и каменистых грунтах, а также сооружения небольших котлованов.

Рабочее оборудование экскаватора-драглайна состоит из стрелы и ковша, подвешенного к стреле при помощи подъёмного и тягового канатов. Выемку грунта драглайн производит, как правило, ниже уровня установки экскаватора; ковши применяются различной ёмкости - в скальных предварительно разрыхлённых породах допускается работа драглайна при ёмкости ковша свыше 10 м3. Продолжительность цикла обычно на 10-20 больше, чем при работе экскаватора с оборудованием прямой лопаты. С оборудованием драглайна работает до 40 одноковшовых экскаваторов. Драглайны, имеющие т. н. шагающий ход, получили название шагающих драглайнов. Оборудование грейфера применяется для погрузочных работ, рытья котлованов с отвесными стенками, для работ под водой. Оборудование струга приспособлено для планировочных работ, удаления дорожной одежды и т.п. Отдельные модели экскаваторов, предназначенные в основном для строительства (с ковшами ёмкостью до 5 м3), снабжают различным сменным оборудованием не только для земляных, но и для монтажных, подъёмно-транспортных, погрузочно-разгрузочных, свайных и буровых работ, валки леса и корчёвки пней и т.п. Такие экскаваторы обычно называются универсальными, т.к они применимы во многих видах земляных и строительных работ. Если число единиц сменного оборудования не превышает трёх (например, лопата, драглайн, кран), экскаватор называется полууниверсальными.

Получают широкое распространение экскаваторы с гидроприводом, т. н. гидроэкскаваторы, у которых все виды рабочих органов шарнирно связаны с поворотной платформой и перемещаются с помощью гидроцилиндров, приводимых в движение насосами высокого давления (10 - 40 МПа). В этом случае для передачи вращения (привод поворота, хода) обычно применяют гидравлические двигатели. Этот вид одноковшовых экскаваторов изготовляется с ковшами малой (до 1,8 м3), средней (2-3 м3) и большой (3,2-6 м3) ёмкости. Основное рабочее оборудование - обратная лопата. Удельная мощность гидравлических экскаваторов в зависимости от условий работы (мягкие или крепкие грунты) составляет от 133 до 213 квт на 1 м3 ёмкости ковша.

В зависимости от назначения одноковшовые экскаваторы подразделяют на строительные, карьерные, строительно-карьерные и вскрышные, кроме того, выделяют тоннельные экскаваторы, плавучие и др.

Строительные экскаваторы - самый распространённый тип одноковшовых экскаваторов: насчитывают около 200 моделей, выпускаемых более чем 80 отечеств. и зарубежными заводами. Различают: универсальные малой мощности (ёмкость ковша 0,05-1,8 м3, грузоподъёмность крана 0,7-45 т, масса 1,5-65 т); средней мощности - полууниверсальные (ёмкость ковша 2-3 м3, грузоподъёмность крана 60-80 т, масса 72-105 т); большой мощности - полууниверсальные (ёмкость ковша 3,25-6 м3, грузоподъёмность крана 100-150 т, масса 115-210 т). Удельная масса на 1 м3 ёмкости ковша для крепких грунтов составляет для этих экскаваторов 33-36 т. Экскаваторы малой мощности часто имеют сменное гусеничное и пневмоколёсное ходовое оборудование и одномоторный привод.

У гидравлических экскаваторов индивидуальный или смешанный привод. Карьерные экскаваторы изготовляются с оборудованием лопаты, реже со сменным оборудованием драглайна и крана. Отличаются мощным рабочим оборудованием, высокими рабочими усилиями и скоростями, коротким циклом работы, что обусловливает по сравнению с др. экскаваторами тех же типоразмеров большую производительность при погрузке в транспортные средства, особенно при крепких грунтах. Экскаваторы средней (ёмкость ковша 2-4 м3) и большой (ёмкость ковша 5-20 м3) мощности, массой 76-900 т предназначены для работы в карьерах, особенно в крепких, предварительно взорванных породах и грунтах с погрузкой главным образом в большегрузные автосамосвалы. Выпускаются как в виде полууниверсальных экскаваторов, так и спец. лопат со стандартным и удлинённым оборудованием для верхней погрузки в средства транспорта, расположенные на бровке забоя (выемки). Ходовое оборудование - гусеничное. Силовое оборудование - электрическое с индивидуальным приводом механизмов по системе генератор - двигатель. Удельная мощность приводного двигателя 60 - 80 квт на 1 м3 ёмкости ковша, давление на грунт 0,15-0,25 МПа, скорость хода 0,6-1,5 км/ч. Гидравлические карьерные экскаваторы имеют ёмкость ковша до 8-9 м3,разрабатываются модели с ковшами ёмкостью 12-20 м3.

Строительно-карьерные экскаваторы средней и большой мощности предназначены для работы в основном на карьерах нерудных строительных материалов. По своей конструкции они занимают среднее положение между строительными и карьерными. Вскрышные экскаваторы изготовляют обычно с оборудованием лопаты для перемещения в отвал вскрышных пород на карьерах. Вскрышные экскаваторы с ковшами ёмкостью до 15 м3 применяются также для погрузки в транспортные средства, расположенные на бровке разрабатываемого забоя. Ёмкость ковша экскаватора от 6 до 153 м3, масса 700-12 700 т. Ходовое оборудование мощных моделей - 4 спаренные гусеницы. Силовое оборудование такое же, как у карьерных экскаваторов. Удельная масса 45-90 т на 1 м3 ёмкости ковша, скорость хода 0,3-0,5 км/ч. Помимо механической лопаты на вскрышных работах применяются драглайны на шагающем ходу со стрелами длиной до 100 м, с ковшами ёмкостью от 5 до 168 м3, массой до 14 тыс. т. Они являются основным оборудованием при бестранспортных системах разработки месторождений полезных ископаемых.

Тоннельные и шахтные экскаватор используют в подземных условиях в выработках большого поперечного сечения при проходке тоннелей, сооружении камер подземных сооружений, выемке полезных ископаемых. Ёмкость ковша 0,75-1 м3, масса 16-30 т.

Основными представителями выемочнопогрузочных машин, эксплуатируемых на открытых горных работах, являются экскаваторы. Главным качественным признаком любого экскаватора служит наличие экскавируюшего (копающего) рабочего органа.

Экскаваторы классифицируют по следующим признакам: конструкции рабочего органа - одно- и многоковшовые, фрезерные; принципу действия - цикличного и непрерывного.

Важнейшим видом рабочих органов экскаваторов является ковш, конструкция которого обеспечивает разработку горных пород, различающихся как по прочности, так и по размерам кусков разрыхленной горной массы.

Одноковшовые экскаваторы, отличающиеся простым конструктивным исполнением, характеризуются относительно малой производительностью ввиду цикличности работы.

Рабочий цикл одноковшового экскаватора складывается из последовательных операций: наполнения ковша (черпания), перемещения его к месту разгрузки (транспортирования), разгрузки и перемещения порожнего ковша к месту черпания для воспроизведения нового цикла. В отличие от них многоковшовые экскаваторы, у которых все элементы рабочего цикла осуществляются одновременно (совмещено), являются машинами непрерывного действия.

К машинам непрерывного действия относят и экскаваторы, оборудованные фрезерным рабочим органом (рис. 3.1.1), применяющимся при разработке прочных (коэффициент крепости f< 15) и однородных по структуре пород.

По назначению и роду выполняемой работы экскаваторы подразделяются на следующие типажи: вскрышные; карьерные; карьерно-строительные.

Вскрышные экскаваторы предназначены для разработки покрывающих месторождение полезного ископаемого пород и перемещения их в отвал. Они отличаются увеличенными линейными размерами рабочего оборудования по сравнению с другими типами экскаваторов. Применяют следующие типы вскрышных экскаваторов: шагающие типа ЭШ (рис. 3.1.2), роторные типа ЭР (рис. 3.1.3), цепные (рис. 3.1.4), а также вскрышные лопаты типа ЭВГ (экскаватор вскрышной гусеничный) - рис. 3.1.5.

Шагающие экскаваторы имеют гибкую связь ковша с приводом (dragline), что позволяет путем снижения нагруженности стрелы увеличить вылет ковша до 80...100 м. Кроме того, использование шагающего хода, отличающегося простотой конструкции при относительно большой опорной поверхности, обеспечивает возможность применения шагающих экскаваторов при разработке пород с малой несущей способностью.

Шагающие экскаваторы характеризуются малой массой, возможностью как нижнего, так и верхнего черпания, лучшей проходимостью и маневренностью. Они отличаются большой универсальностью, обеспечивающей их широкое использование в сложных горно-геологических условиях и при разработке как слабых, так и полускальных (предварительно разрыхленных) пород.

Роторный экскаватор представляет собой самоходный агрегат непрерывного действия, экскавирующий породу ковшами, установленными на роторном колесе (роторе), и оборудованный транспортирующими устройствами.

Вскрышные роторные экскаваторы типа ЭР в определенных горно-геологических условиях (однородные нескальные горные породы осадочного происхождения, без применения буровзрывных работ перед экскавацией) являются наиболее эффективными выемочно-погрузочными машинами по ряду показателей: производительности, энергозатратам и др.

Цепной экскаватор оборудуется установленной на ковшовой раме бесконечной цепью с ковшами, размеры которой соответствуют размеру отрабатываемого забоя. Двигаясь по забою, ковши зачерпывают горную породу и транспортируют ее к приемному желобу перегрузочного устройства.

Цепные экскаваторы отличаются возможностью работ как верхним, так и нижним черпанием, а также способностью отработки весьма тонких пластов; обеспечивается качественная планировка рабочего горизонта под любым углом залегания. Недостатком цепных экскаваторов является относительно большая масса ковшовой рамы и экскаватора в целом.

Вскрышные лопаты оснащены рабочим оборудованием типа «прямая лопата» с жестким креплением ковша на выдвижной рукояти. Ввиду высокого расположения центра масс экскаватора требуется использовать систему горизонтирования поворотной платформы. Характеризуются вскрышные лопаты большой массой экскаватора при относительно (по сравнению с ЭШ) небольших размерах рабочей зоны.

Вскрышные экскаваторы типа ЭВГ не производятся в РФ ввиду относительно низкой эффективности их применения по сравнению с другими вскрышными экскаваторами.

Карьерные экскаваторы предназначены для ведения добычных работ и отличаются относительно небольшими линейными размерами оборудования при его повышенной прочности; характеризуются большими силовыми возможностями и малой продолжительностью рабочего цикла (до 25 с), что обеспечивает эффективность их применения при разработке полускальных и скальных пород.

В горно-добывающей промышленности используют следующие типы карьерных экскаваторов:

Механические лопаты (мехлопаты) типа ЭКГ (экскаватор карьерный гусеничный) - рис. 3.1.6;

Гидравлические экскаваторы типа ЭГ с погрузочным рабочим оборудованием (рис. 3.1.7) и типа ЭГО, оборудованный обратной лопатой (рис. 3.1.8);

Роторные экскаваторы с повышенными силовыми характеристиками типа ЭРП (рис. 3.1.9).

Мехлопаты типа ЭКГ характеризуются способностью работать в разнообразных условиях, в том числе в особо тяжелых (при большом выходе негабаритных кусков размером до 1,5 м и более). Они оборудованы прямой лопатой, что обеспечивает возможность реализации больших сил на зубьях ковша (до 25 % веса экскаватора) при верхнем черпании.

Основным недостатком мехлопат является низкий КПД ввиду больших затрат энергии на подъем груженого ковша и рукояти при черпании.

Применение экскаваторов с гидроприводом в условиях открытых горных работ обусловлено рядом технических и технологических преимуществ этих машин по сравнению с мехлопатами.

Первоначально главным преимуществом гидропривода в экскаваторостроении считали более простую и надежную передачу мощности к рабочему оборудованию (РО) с помощью гидроцилиндров, а к приводу поворота и хода - компактными гидродвигателями. При этом упрощается конструкция экскаватора благодаря исключению передаточных устройств (редукторов, лебедок, канатно-блочных устройств и т.д.), а также обеспечивается возможность реализации всей установленной мощности привода в каждом из рабочих механизмов, повышаются интенсивность рабочих движений и производительность экскаватора в целом.

Кроме того, изменение конструктивной схемы РО путем последовательного соединения элементов (стрелы, рукояти и ковша), образующих совместно с гидроцилиндрами главные рабочие механизмы (механизмы поворота стрелы, рукояти и ковша), обеспечило повышение технологических возможностей экскаватора ввиду высокой кинематической подвижности РО и, соответственно, высокой эффективности управления рабочим органом - ковшом. В этом случае можно реализовать разнообразные траектории движения ковша и вершины режущей кромки - с постоянным углом резания, по границе массив - развал породы и т.д. Также может производиться селективная разработка сложноструктурных месторождений полезных ископаемых, например отработка забоя сверху вниз наклонными по напластованию слоями.

Кроме того, гидравлическим экскаватором можно разрабатывать забой большей высоты (при равных с мехлопатой размерах рабочих зон) вследствие врезки ковша в средней части забоя (при условии высокого качества подготовки горной массы).

Начиная с середины 50-х гг. XX в. гидравлические экскаваторы малой единичной мощности (строительные или универсальные) получают широкое распространение. Российская Федерация явилась одним из пионеров создания таких экскаваторов.

Использование в гидравлических карьерных экскаваторах погрузочного рабочего оборудования позволило выявить значительно более важное преимущество - возможность реализации больших сил на зубьях ковша при горизонтальной (пологой) траектории движения вершины режущей кромки во время внедрения ковша в развал горной породы. Силы на зубьях ковша сопоставимы с весом экскаватора и ограничиваются сцепным весом. При этом существенно возрастает вместимость ковша (в 2-3 раза) и, соответственно, производительность экскаватора при одинаковых массах гидравлического экскаватора и мехлопаты.

Гидравлические экскаваторы типа ЭГО характеризуются относительно большими размерами рабочей зоны; обеспечивают высокую эффективность селективной выемки маломощных крутопадающих пластов.

Широкое распространение получили технологические схемы совместной работы гидравлических экскаваторов с прямой и обратной лопатами. Данная схема обеспечивает значительное увеличение спаренного забоя и, в конечном счете, позволяет существенно повысить технико-экономические показатели благодаря сокращению количества транспортных горизонтов и снижению объема горных работ.

Роторные экскаваторы типа ЭРП благодаря оригинальной конструкции цельнометаллического ротора и укороченной стреле реализуют повышенные силы копания, их применяют в системах поточной безвзрывной разработки полускальных пород.

Карьерно-строительные экскаваторы отличаются использованием различного сменного рабочего оборудования (прямой и обратной лопат, грейфера, крана и т.д.), малой массой и высокой маневренностью.

Параметрические ряды экскаваторов предусматривают получение необходимых градаций параметров при сохранении конструктивного и геометрического подобия.

Параметрические ряды одноковшовых экскаваторов составлены по главному параметру - вместимости ковша Е, м3. Так, параметрический ряд мехлопат в соответствии с рядом предпочтительных чисел R5 предусматривает следующие модели: 3,2; 5; 8; 12,5 и 20 м3.

Параметрические ряды многоковшовых экскаваторов назначают по теоретической производительности 0Т, м3/ч. Для роторных экскаваторов типа ЭР параметрический ряд включает в себя следующие модели: 630, 1250, 2500, 5000 и 10000 м3/ч.

В целом типы экскаваторов определяются технологическими схемами работ и отличаются большим числом конструктивных схем, моделей и модификаций.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭКСКАВАТОРАХ

ЧАСТЬ ПЕРВАЯ

Глава I
§ 1

Классификация и основные части экскаваторов

Экскаваторами называются землеройные машины, предназначенные для копания и перемещения грунта. Все экскаваторы в зависимости от использования рабочего времени для собственно копания грунта делят на две большие группы: непрерывного действия - многоковшовые и периодического (цикличного) действия-одноковшовые. Многоковшовые экскаваторы обе операции - копание грунта и его перемещение - выполняют одновременно; одноковшовые эти операции выполняют последовательно, прерывая копание на время перемещения грунта. Таким образом, рабочее время машины, в течение которого выбирают грунт, и производительность многоковшовых экскаваторов выше, чем одноковшовых. Несмотря на это, одноковшовые экскаваторы распространены шире вследствие их универсальности, т. е. возможности применять их как на земляных, так и на погрузочно-разгрузочных работах в самых тяжелых, в том числе скальных (с предварительным взрыванием), грунтах. Применение многоковшовых экскаваторов ограничено: в основном их используют при рытье траншей и добыче нерудных материалов в карьерах с однородными грунтами без каменных включений.

По способу перемещения экскаваторы бывают сухопутные и плавучие.

По конструкции ходового устройства сухопутные экскаваторы подразделяют на гусеничные, колесные и шагающие (последнее применяют только в одноковшовых экскаваторах). *

По типу применяемого основного (первичного) двигателя современные экскаваторы бывают дизельными или электрическими. Выбор двигателя определяется условиями, в которых будет работать экскаватор. Так, дизели используют на экскаваторах там, где машину нужно сравнительно часто перевозить с места на место, например на строительстве нефте- и газопроводов, железных и шоссейных дорог, гражданском строительстве и т. п.

На экскаваторах, постоянно работающих в одном месте, например в карьерах по добыче нерудных материалов, выгодно применять электродвигатели, которые проще и дешевле в эксплуатации.

По приводу механизмов различают экскаваторы одномоторные, у которых все рабочие механизмы приводятся одним или несколькими двигателями, работающими на один вал, и многомоторные, у которых рабочие механизмы приводятся несколькими двигателями, независимо работающими друг от друга.

В СССР все строительные одноковшовые экскаваторы с механическим приводом выпускают одномоторными. Многомоторный привод применяют на строительных гидравлических экскаваторах.

По типу силовых передач движения от двигателя к рабочим механизмам строительные экскаваторы делятся на механические и гидравлические.

У механических экскаваторов движение передается непосредственно от первичного двигателя ко всем механизмам с помощью валов, шестерен, червячных пар, цепных и других механических передач (механическая трансмиссия).

У гидравлических экскаваторов роль трансмиссии выполняют гидронасос (один или несколько), трубопроводы и гидродвигатели (гидромоторы или гидроцилиндры). В трубопроводах циркулирует рабочая жидкость, передающая энергию от насосов к гидродвигателям, которые приводят рабочие механизмы в движение.

Кроме перечисленных признаков классификации, экскаваторы каждой из групп отличаются друг от друга назначением, размерами и мощностью.

Одноковшовые экскаваторы по назначению делят на три основные группы: строительные универсальные, предназначенные для земляных и погрузочно-разгрузочных работ в строительстве; карьерные - для"работы в карьерах на разработке рудных и угольных месторождений, а также скальных пород; вскрышные - для разработки полезных ископаемых (угля, руды) открытым способом. К последней группе относятся также и мощные шагающие экскаваторы-драглайны, используемые на горных работах для перекидки верхних слоев пород в выработанное пространство, а также на строительстве крупных гидротехнических сооружений.

Кроме этих основных групп выпускают еще специальные экскаваторы, предназначенные для использования в определенных специфических условиях: подземные - для подземной разработки полезных ископаемых при большой мощности пласта, туннельные - для погрузки взорванной породы при проходке туннелей, торфяные - для добычи торфа и др.

В настоящем учебнике описаны выпускаемые отечественной промышленностью наиболее распространенные (массой до 22 т) одноковшовые универсальные строительные экскаваторы.

Одноковшовый экскаватор (рис. 1) состоит из следующих основных частей: ходового устройства 1У поворотной части и рабочего оборудования.

Ходовое устройство воспринимает и передает на основание (грунт)" нагрузки от массы машины и нагрузки, возникающие при работе, а также обеспечивает передвижение экскаватора.

Ходовое устройство экскаваторов бывает следующих типов:

Г - гусеничное с минимально допустимой опорной поверхностью гусениц;

ГУ - гусеничное с увеличенной опорной поверхностью гусениц, предназначенное для работы на грунтах с низкой несущей способностью;

П-"пневмоколесное, позволяющее увеличить мобильность экскаватора, облегчить и ускорить его переброску собственным ходом с одного строительного объекта на другой;

Ш - специальное шасси автомобильного типа, отличающееся от типа П тем, что, кроме двигателя, установленного на поворотной части экскаватора, на шасси установлен более мощный двигатель, обеспечивающий передвижение экскаватора с большой скоростью; ходовое устройство типа Ш имеет прочную и низкую специальную раму, отличающуюся по конструкции от рамы шасси грузового автомобиля;

А - шасси грузового автомобиля;

Тр - тракторное (обычно используют пневмоколесные тракторы).

Поворотная часть состоит из поворотной платформы 2 с механизмами и силовым оборудованием и рабочёго оборудования 3.

Поворотная платформа опирается через специальное роликовое опорно-поворотное устройство на раму ходового устройства и может поворачиваться относительно него в горизонтальной плоскости. Одна и та же поворотная платформа может быть установлена на ходовые устройства различных типов.

В зависимости от угла поворота поворотной платформы в горизонтальной плоскости эскаваторы называют полноповоротными или неполноповоротными.

Поворотная часть полноповоротного экскаватора может вращаться вокруг вертикальной оси на неограниченный угол. У машин этого типа (рис. 2, а) на поворотной платформе установлены двигатель и основные рабочие механизмы, а также /креплено рабочее оборудование.

Неполноповоротными изготовляют лишь небольшие экскаваторы на базе тракторов (рис. 2, 6).

У этих экскаваторов отсутствует поворотная платформа, а рабочее оборудов ние укреплено с помощью поворотной колонки непосредственно на ходовом устройстве, относительно которого оно вращается на ограниченный угол.

1 Схема одноковшового экскаватора:
1 - ходовое устройство,
2 - поворотная платформа,
3 - рабочее оборудование

2 Полноповоротный экскаватор Э-652Б с механическим приводом на гусеничном ходу с гибкой подвеской рабочего оборудования (а) и неполноповоротный экскаватор ЭО-2621А с гидравлическим приводом на базе трактора с жесткой подвеской рабочего оборудования (6)

Рабочим оборудованием называется комплекс узлов экскаватора, содержащий рабочий орган (например, ковш, крюк или грейфер, с помощью которого копают грунт, поднимают груз, захватывают сыпучке и кусковые материалы) и обеспечивающий его действие в зоне работы экскаватора.

Основной рабочий орган экскаватора - ковш - предназначен для копания, удерживания при перемещении и разгрузки грунта или другого материала. Копанием называется одновременное срезание грунта и заполнение им ковша. Срезаемая часть грунта называется стружкой (рис. 3).

По виду конструктивного исполнения рабочего оборудования экскаваторы бывают с гибкой подвеской, жесткой и телескопической стрелой. У экскаваторов с гибкой подвеской стрела, а иногда и рабочий орган (например, ковш) подвешены на канатах, которыми приводятся в действие.

У экскаваторов с жесткой подвеской стрела и остальные элементы рабочего оборудования соединены шарнирно друг с другом и приводятся в действие гидроцилиндрами.

С телескопической стрелой выпускают экскаваторы-планировщики, у которых выдвижение и втягивание стрелы являются рабочими движениями.

Универсальный строительный экскаватор имеет обычно несколько видов рабочего оборудования, которыми он может работать в зависимости от условий эксплуатации. Эти виды рабочего оборудования могут легко заменяться одно другим, поэтому они называются сменными.

Рабочее оборудование с жесткой подвеской (шарнирно-рычажное) и с телескопической стрелой применяют только на гидравлических экскаваторах.

Рабочий орган к рабочему оборудованию также крепят гибкой или жесткой связью. На рис. 4 показаны различные крепления рабочего органа у разных видов рабочего оборудования с гибкой (канатной) подвеской.

Рабочий процесс одноковшового экскаватора состоит из рабочего цикла, г. е. разработки и перемещения грунта, и передвижения экскаватора к забою, после того как с места стоянки экскаватора станет неудобно или невозможно продолжать дальнейшую разработку грунта. Во время передвижения экскаватора работа не производится, поэтому время, затрачиваемое на передвижки, следует максимально сокращать.

Рабочий цикл экскаватора состоит из следующих операций:

1. Собственно копание грунта (срезание грунта и заполнение им ковша).

2. Выведение ковша с грунтом из забоя, чтобы обеспечить возможность беспрепятственного поворота платформы.

3. Перемещение заполненного грунтом ковша к месту разгрузки, для чего или поворачивают платформу с рабочим оборудованием (у полноповоротных), или только рабочее оборудование (у неполноповоротных машин).

4. Разгрузка грунта из ковша в отвал или в транспортное средство.

5. Перемещение ковша (поворот платформы) к забою.

6. Опускание ковша для подготовки к следующей операции копания.

До конца 60-х годов в нашей стране в основном выпускали полноповоротные экскаваторы с механическим приводом и гибкой подвеской рабочего оборудования. В девятой пятилетке (1970-1975 гг.) быстро развивалось производство гидравлических экскаваторов с жесткой подвеской рабочего оборудования (рис. 5-7). Такое расширение выпуска гидравлических экскаваторов определяется целым рядом их конструктивных, технологических и экономических преимуществ по сравнению с экскаваторами с механическим приводом.